電石渣制水泥的燒成技術(shù)研究與實(shí)踐

何勝平，孫國(guó)玉

電石渣是氯堿化工生產(chǎn)PVC的過程中電石與水在發(fā)生器中發(fā)生反應(yīng)，生成乙炔氣體時(shí)產(chǎn)生的廢棄物。利用電石渣生產(chǎn)水泥，可實(shí)現(xiàn)大摻量、無害化利用電石渣，是電石渣最有效的處理途徑。但利用全部電石渣代替石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥，和傳統(tǒng)天然石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥的煅燒控制參數(shù)有很大差別。經(jīng)過我公司相關(guān)技術(shù)人員和操作人員的多年實(shí)踐，6條電石渣水泥生產(chǎn)線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)就干排電石渣窯尾分解系統(tǒng)煅燒有別于傳統(tǒng)石灰石系統(tǒng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)介紹如下，供大家參考。

1　電石渣的特性

1.1　電石渣的物理性能

干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣，水分在3%～12%，根據(jù)其中所含硅、鐵等雜質(zhì)的不同，其密度在1.6～2.0kg/m3，容積密度為 0.5～1.0kg/m3，細(xì)度篩余（0.08mm方孔篩）為15%～30%，呈白色細(xì)粉狀，比表面積為250～350m2/kg。隨著電石渣顆粒變小，其比表面積呈正比例關(guān)系。由于電石渣的主要化學(xué)成分為Ca（OH）2，水分含量低時(shí)呈現(xiàn)吸濕性，含水電石渣具有粘性和保水性，在常溫下晾曬會(huì)產(chǎn)生殼狀保護(hù)層，水分不易蒸發(fā)。

1.2　電石渣的化學(xué)成分

我公司干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣化學(xué)成分如表1。電石渣的主要化學(xué)成分為CaO，其含量為65%～72%。

2　電石渣與石灰石煅燒水泥的區(qū)別

2.1　分解爐溫度的控制

天然石灰石的主要化學(xué)成分為CaCO3，分解溫度在700℃以上，急劇分解溫度在850℃以上。為了提高物料的分解率，保證入窯物料的易燒性，控制以石灰石作為石灰質(zhì)原料的預(yù)分解系統(tǒng)中分解爐的正常煅燒溫度為850～950℃。而電石渣的主要化學(xué)成分為Ca（OH）2，在預(yù)熱器中的反應(yīng)是Ca（OH）2脫去結(jié)合水生成CaO的過程。經(jīng)過試驗(yàn)確定，Ca（OH）2的分解溫度在500℃以上就可以分解，在650℃以上可以實(shí)現(xiàn)大量分解。為了控制窯尾分解的效果和粘土質(zhì)原料和含結(jié)晶石英硅等自由能低的物料的充分反應(yīng)，在電石渣作為石灰質(zhì)原料的水泥煅燒系統(tǒng)中，窯尾分解爐的溫度控制在750～850℃，即可實(shí)現(xiàn)高的反應(yīng)效率。

2.2　電石渣分解吸收熱及一二次煤的控制

電石渣中的CaO含量在65%以上，遠(yuǎn)高于石灰石中氧化鈣的含量，屬于生產(chǎn)水泥的優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料，具備生產(chǎn)高等級(jí)電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預(yù)熱器和分解爐的反應(yīng)過程不同，相關(guān)研究人員的熱分析結(jié)果顯示，電石渣中Ca（OH）2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別為72.253kJ/mol和142.933kJ/mol，熱力學(xué)計(jì)算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別為101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結(jié)果顯示，單位質(zhì)量的電石渣的分解熱即電石渣中Ca（OH）2分解生成CaO的熱耗，遠(yuǎn)低于單位質(zhì)量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗，電石渣在預(yù)分解系統(tǒng)實(shí)際熱耗為1 350～1 450kJ/kg。大量實(shí)踐證明，天然石灰石制備的生料在窯尾干燥、預(yù)熱、粘土質(zhì)原料脫水及分解反應(yīng)所吸收的熱量占熟料總的形成熱的60%～70%，而在窯內(nèi)反應(yīng)吸收熱則為30%～40%。而電石渣為主的工業(yè)廢渣生料在窯尾預(yù)熱器和分解爐中的反應(yīng)是，粘土質(zhì)原料的烘干和脫水的過程和主要成分為Ca（OH）2的電石渣脫水形成CaO的過程。熟料的燒成吸熱過程正好和石灰石水泥生產(chǎn)線的相反，窯內(nèi)過渡帶與燒成帶的吸熱遠(yuǎn)大于預(yù)熱器與分解爐中的吸熱。經(jīng)過我公司十年來的不斷摸索，預(yù)分解系統(tǒng)與窯頭用煤的比例由尾煤50%、頭煤50%調(diào)到尾煤15%～30%、頭煤70%～85%，這樣才能滿足窯外系統(tǒng)各級(jí)預(yù)熱器溫度正常和窯內(nèi)物料的正常煅燒，保證熟料的正常煅燒和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

表1　電石渣化學(xué)成分，%

表2　窯尾預(yù)熱系統(tǒng)參數(shù)

表3　以電石渣為主要原料的熟料化學(xué)組成、礦物組成（%）及率值

表4　熟料物理性能

3　電石渣制水泥的預(yù)分解系統(tǒng)

采用電石渣作為石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥，在窯尾預(yù)熱器和分解爐中的主要反應(yīng)是Ca（OH）2吸熱以后的脫水過程。我公司采用三級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)，與四級(jí)及五級(jí)預(yù)熱器相比，三級(jí)預(yù)熱器C1出口的溫度為450～650℃，高溫廢氣要和余熱鍋爐配套使用方可進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。四級(jí)預(yù)熱器C1出口溫度為400～550℃，該工藝與電石渣烘干破碎機(jī)相結(jié)合使用，烘干破碎機(jī)既可以處理濕電石渣，也可以同時(shí)處理干法乙炔產(chǎn)生的電石渣與濕法乙炔產(chǎn)生的電石渣，系統(tǒng)適應(yīng)性更強(qiáng)。五級(jí)預(yù)熱器出口溫度在400～500℃，與干排電石渣烘干和硅鐵收集系統(tǒng)相結(jié)合使用，可以有效地烘干干法乙炔產(chǎn)生的電石渣，烘干后物料的水分均可＜1%，使窯尾煙氣的預(yù)熱利用達(dá)到最佳效果。預(yù)熱器級(jí)數(shù)的增加，可以有效降低C1出口溫度，提高回轉(zhuǎn)窯的熱利用率，但電石渣水泥的窯尾預(yù)熱器出口溫度較高，可以考慮和余熱利用系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的有效運(yùn)行，使電石渣水泥熟料的熱耗更低，更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗效果。

4　電石渣制水泥的煅燒參數(shù)

以氯堿化工產(chǎn)生的廢渣為原料制備的生料，與傳統(tǒng)天然石灰石為主的原料制備的生料，在預(yù)熱器和分解爐中的反應(yīng)過程不同，因此生產(chǎn)電石渣水泥的預(yù)熱器中的控制參數(shù)有不同的特點(diǎn)。表2為帶電石渣干燥系統(tǒng)的五級(jí)預(yù)熱器系統(tǒng)的窯尾預(yù)熱系統(tǒng)參數(shù)。

5　電石渣水泥熟料

以電石渣為主要原料煅燒所得熟料化學(xué)成分及礦物組成見表3。熟料物理性能見表4。

水泥各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB 175-2007《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，重金屬等指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 30760-2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物技術(shù)規(guī)范》。

6　結(jié)語

水泥行業(yè)是電石渣無害化、大摻量、無殘留、資源化處理的最好途徑，電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣清潔處理的最佳途徑。由于電石渣的分解熱遠(yuǎn)低于石灰石的分解熱，煤耗大幅降低，生產(chǎn)成本也低。而且電石渣分解排放的是水，而石灰石分解排放的產(chǎn)物為CO2，會(huì)產(chǎn)生溫室氣體。因此采用電石渣生產(chǎn)水泥，可實(shí)現(xiàn)低碳排放、低熱耗。同時(shí)，高氧化鈣含量的電石渣為生產(chǎn)高等級(jí)水泥提供了可靠保障。

參考文獻(xiàn)：

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